konsep_akuisisi_data.pdf;filename= utf-8''konsep akuisisi data

8/15/2019 Konsep_Akuisisi_Data.pdf;filename= UTF-8''Konsep Akuisisi Data

1/45

KONSEP AKUISISI DATA

Rudi Susanto


2/45

DASAR-DASAR AKUISISI DATA

Elemen-elemen dasar dari sistem akuisisi data berbasis komputer (PC),

terdiri dari : Sebuah komputer PC; => data Acquition Hardware;

Transduser; => Analysis Hardware

=> signal conditioning); => Software.


3/45

1. Komputer Personal (PC)

• Komputer yang digunakan dapat mempengaruhikecepatan akuisisi data Dan mempengaruhi unjuk-kerja dari sistem akuisisi data secara keseluruhan.

• Faktor yang mempengaruhi jumlah data yang dapatdisimpan dan kecepatan penyimpanan adalahkapasitas dan waktu akses hard disk.

• Aplikasi-aplikasi akuisisi data secara real-time (waktu-nyata) membutuhkan prosesor yang cepat sehinggaperlu prosesor khusus untuk pemrosesan sinyal digital(DSP – Digital Signal Processor).


4/45

2. Transduser

• Transduser mendeteksi fenomena fisik (suhu,tekanan, cahaya, dan lain-lain) kemudianmengubahnya menjadi sinyal-sinyal listrik.

Misalnya termokopel, RTD (ResistiveTemperature Detectors), termistor, flow-meterdan lain-lain.

• Pada masing-masing kasus, sinyal listrik yangdihasilkan sebanding dengan parameter fisikyang diamati.


5/45

3. Pengkondisi Sinyal• Sinyal-sinyal listrik yang dihasilkan oleh transduser

harus dikonversi ke dalam bentuk yang dikenalioleh papan akuisisi data yang dipakai.

• Tugas pengkondisi sinyal : penguatan(amplification).

Misalnya sinyal-sinyal lemah yang berasal daritermokopel, sebaiknya dikuatkan untukmeningkatkan resolusi pengukuran. Denganmenempatkan penguat cukup dekat dengantransduser, maka interferensi atau gangguan yangtimbul pada kabel penghubung antara transduserdengan komputer dapat diminimalkan.


6/45

• Tugas lain dari pengkondisi sinyal adalah melakukan

linearisasi.

Beberapa alat pengkondisi sinyal dapat melakukan penguatan

sekaligus linearisasi untuk berbagai macam tipe transduser .linearisasinya menggunakan perangkat lunak (program).

• Aplikasi umum dari pengkondisi sinyal lainnya adalah

melakukan isolasi sinyal dari transduser terhadap komputer

untuk keamanan.

Sistem yang diamati bisa mengandung perubahan-perubahan

tegangan-tinggi yang dapat merusak komputer atau bahkan

melukai operatornya.

• Selain itu pengkondisi sinyal bisa juga melakukan penapisan

sinyal (pemfilteran) : BPF , HPF, LPF


7/45

PERANGKAT KERAS AKUISISI DATA (DAQ)

1. Masukan Analog

Spesifikasi papan perangkat keras akuisisi data

meliputi

• jumlah kanal,

• Laju pencuplikan,• resolusi,

• jangkauan,

• ketepatan (akurasi),

• derau dan ketidak-linearan,

Yang semuanya berpengaruh pada kualitas sinyal

yang terdigitisasi (terakuisisi secara digital).


8/45

Jumlah kanal masukan analog menentukan berapatranduser yang dapat ditangani.

Laju pencuplikan (dalam Hz) menentukan seberapabanyak nilai cuplikan yang diperoleh.

Laju pencuplikan yang tinggi akan menghasilkan data yanglebih banyak dan akan menghasilkan penyajian-ulang sinyal

asli yang lebih baik.

»Teorema Nyquist


9/45

• Pemultipleksan merupakan cara yang seringdigunakan untuk menambah jumlah kanal

masukan ke ADC (papan akuisisi data).

• ADC yang bersangkutan mencuplik sebuah kanal,kemudian berganti ke kanal berikutnya, kemudian

mencuplik kanal tersebut, berganti lagi ke kanalberikutnya dan seterusnya.

• Karena menggunakan sebuah ADC untukmencuplik beberapa kanal, maka laju efektif

pencuplikan pada masing-masing kanalberbanding terbalik dengan jumlah kanal yangdicuplik.


10/45

• Misalnya sebuah papan akuisisi data mampumencuplik dengan laju 100Kcuplik/detik pada 10kanal, maka masing-masing kanal secara efektif memiliki laju pencuplikan :

•

Dengan kata lain laju pencuplikan menurunseiring dengan bertambahnya kanal yangdimultipleks.


11/45

• Resolusi (dalam satuan bit) adalah istilah

untuk jumlah atau lebar bit yang digunakanoleh ADC dalam penyajian-ulang sinyal analog.

Semakin besar resolusinya, semakin besarpembagi jangkauan tegangan masukan

sehingga semakin kecil perubahan tegangan

yang bisa dideteksi.


12/45

Contoh ilustrasi:

Konverter mempunyai resolusi 3 bit sehingga

pembagian jangkauan sinyal analog menjadi 23

atau 8 bagian. Masing-masing bagian disajikan

dalam kode-kode biner antara 000 hingga 111.

Dengan meningkatkan resolusi hinggga 16 bit,

misalnya, maka jumlah kode-kode bilangan ADC

meningkat dari 8 menjadi 65.536. Dengandemikian, penyajian-ulang digitalnya lebih

akurat dibanding 3-bit.


13/45

• Jangkauan berkaitan dengan tegangan

minimum dan maksimum yang bisa ditanganioleh ADC yang bersangkutan.

• Papan akuisisi data yang baik memiliki

jangkauan yang bisa dipilih sedemikian rupa

hingga mampu dikonfigurasi untuk menangani

berbagai macam jangkauan tegangan yang

berbeda-beda.


14/45

• Spesifikasi jangkauan, resolusi dan penguatan (gain) pada papan akuisisi data menentukan seberapa kecil

perubahan tegangan yang mampu dideteksi.• Perubahan tegangan ini menyatakan 1 LSB (Least

Signifincant Bit ) pada nilai digital dan seringdinamakan sebagai Lebar Kode (code width).

• Lebar kode yang ideal ditentukan menggunakanpersamaan berikut :


15/45

• Jika diketahui jangkauan tegangannya antara 0

sampai dengan 5 V dan penguatan 500 danresolusi 16 bit, maka diperoleh :

Lebar_kode_ideal = 5 / (500 x 2 16 ) = 153 nanovolt


16/45

• Pada gambar 5.2 ditunjukkan sebuah grafik

gelombang sinus serta grafik digital yang

diperoleh menggunakan ADC 3-bit.


17/45

2. Keluaran Analog• Rangkaian keluaran analog dibutuhkan untuk menstimulus suatu

proses atau unit yang diuji pada sistem akuisisi data.

• Beberapa spesifikasi DAC yang menentukan kualitas sinyal keluaranyang dihasilkan adalah

– settling time,

– slew rate dan

– resolusi.

• Settling time dan slew rate bersama-sama menentukan seberapacepat DAC dapat mengubah aras sinyal keluaran.

• Settling time adalah waktu yang dibutuhkan oleh keluaran agarstabil dalam durasi tertentu.

• Slew rate adalah laju perubahan maksimum agar DAC bisa

menghasilkan keluaran.• Dengan demikian, settling time yang kecil dan slew rate yang besar

dapat menghasilkan sinyal-sinyal dengan frekuensi tinggi karenahanya dibutuhkan waktu sebentar untuk mengubah keluaran kearas tegangan baru secara akurat.


18/45

• Resolusi keluaran mirip dengan resolusi

masukan.

– Yaitu jumlah bit kode digital yang (nantinya) akan

menghasilkan keluaran analog.

– Semakin banyak jumlah bit resolusinya semakin

besar kenaikan tegangan nya (semakin kecilperubahan tegangan yang mampu dideteksi),

sehingga dimungkinkan untuk menghasilkan

perubahan sinyal yang halus.


19/45

DAC (DIGITAL TO ANALOG CONVERTER)

•Rangkaian pada gambar 5.5, diambil dari datasheet DAC 0832 yang merupakan suatu

pendekatan dengan melakukan konversi dari

data-data digital menjadi analog (tegangan)

menggunakan rangkaian tangga R 2R (R 2R

ladder).

• Nilai dari R dan Rfb sekitar 15 K ohm sehingga

2R-nya sekitar 30 Kohm.


20/45

• Logika "1" dan "0" mengindikasikan posisi-posisi saklarMOSFET yang ada dalam konverter.

• Saklar-saklar tersebut akan terhubung pada "1" jika bityang terkait dalam kondisi ON dan akan terhubung "0" jika

OFF.• Suatu saklar yang terhubung ke posisi "1“ akan meneruskan

arus dari Vref ke loutl, sedangkan saklar yang terhubung keposisi "0“ akan meneruskan arus dari Vref ke Iout2, masing-masing melalui resistor-resistor yang terkait.


21/45

INGAT materi

Inverting OP-AMP


22/45

• Contoh aplikasi DAC :

– Jika digunakan tegangan referensi -5 volt,

– jika hanya bit MSB saja yang ON atau data digital 10000000 (gambar

5.5),

– maka satu-satunya resistor yang terhubungkan pada loutl adalah 2R

yang ada di paling kiri.

– maka (2R = 30KB dan Rfb = 15K serta Vref = -5V) diperoleh rangkaian

gambar 5.8.


23/45

Secara teori (berdasar rumus datasheet)


24/45

Jika data digital 01000000

ke data Analog


25/45

• Jalur R4

diputus darirangkaian

dan

disederhana

kan menjadi

gambar

berikut :

• Maka

Rpengganti =

30K


26/45

• Vi = ((30//30) /( 15+(30//30))) x -5 V = -2,5V

•

Vo = -(Rf/ Ri) x Vi = 1,25 V


27/45


28/45

Aplikasi Rangkaian DAC0808


29/45

Rumus tegangan keluar (Vo)


30/45

ADC (ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER)

• yaitu suatu alat yang mampu untuk mengubah sinyal atau tegangananalog menjadi informasi digital yang nantinya akan diproses lebih

lanjut dengan komputer.• Perlu dicatat bahwa data-data digital yang dihasilkan ADC hanyalah

merupakan pendekatan proporsional terhadap masukan analog. Halini karena tidak mungkin melakukan konversi secara sempurnaberkaitan dengan kenyataan bahwa informasi digital ber-ubahdalam step-step, sedangkan analog berubahnya secara kontinyu.

• Misalnya ADC dengan resolusi 8 bit menghasilkan bilangan 0 sampaidengan 255 (256 bilangan dan 255 step), dengan demikian tidak mungkin menyajikan semua kemungkinan nilai-nilai analog.

• Jika sekarang resolusinya menjadi 20 bit maka akan terdapat1.048.575 step, semakin banyak kemungkinan nilai-nilai analogyang bisa disajikan. Penting untuk diingat, bagaimanapun juga padasebuah step terdapat tak terhingga kemungkinan nilai-nilai analoguntuk sembarang ADC yang dapat diperoleh di dunia ini.

• Sehingga apa yang dibuat manusia (Human-made) tidak akan pernah bisa menyamai kondisi dunia-nyata.


31/45

Skema rangkaian ADC

• Kerja komparator menerima masukan analogdan menghasilkan suatu keluaran digital.

– Keluaran akan HIGH ("1") jika masukan analogarus + lebih besar dari arus -,

– selain itu keluarannya akan selalu LOW ("0").


32/45

Proses konversi ADC menggunakan pendekatan beruntun atau

succesive approximation


33/45

Sebagai contoh akan dilakukan konversitegangan 3,21 volt.

•

Diasumsikan bahwa konverter analog kedigital menyediakan suatu tegangan dankomparator akan membandingkan tegangan.

• Konverter pendekatan beruntun yang

sebenarnya menggunakan arus. Daripenjelasan tentang DAC diperoleh persamaan


34/45

• Akhirnya tiga bit dipertahankan, menghasilkan10100100 (=16410) untuk menyajikantegangan 3,21 volt.


35/45

Contoh: akuisisi data via jaringan

komputer


36/45

Aplikasi

• Misalnya administrator JTE ingin mengetahui

daya listrik yang digunakan pada setiap lab

dan ruang kelas

• Pengamatan dilakukan secara online

administrator tinggal duduk di depan PC untuk

mengamati daya listrik setiap ruangan


37/45

implementasi

• Bagian sistem secara global: – Sensor

– pengkondisi isyarat

–Slave komputer (pada tiap ruangan)

– Jaringan ethernet

– Host computer (pada admin)


38/45

sensor

• Sensor arus

• Sensor tegangan

• Biasanya keluarannya masih analog


39/45

Pengkondisi isyarat

• Pengondisi isyarat analog: penyesuaian sinyal

analog yang dibacamisal: dikuatkan,

dilemahkan, atau disearahkan

• Pengondisi isyarat analog-digital: ADC


40/45

Gambaran sistem dengan PC

Switch

jaringan

Lab 1

lab2

lab3

administrator

Sensor

tegangan

Sensor arus

Signal

cond ADC


41/45

• Jika memakai PC sebagai host tiap ruang

boros

• Tiap ruang harus punya PC khusus untuk

monitoring


42/45

Alternatif: pakai mikro

• Kendala: mikro tidak punya interface LAN

• Penanganan: memakai modul ethernet

• Modul eternetmenghubungkan sinyal dari

mikro ke eternet

• Dari mikro, jalur UART/bus data dan alamat

disambungkan ke modul


43/45

Contoh modul ethernet

• Seri: EG-SR-7150MJ

• Interface dengan host: serial (UART)

• Mode koneksi:bisa menjadi server,client, atu

terkoneksi dengan protokol UDP

• Diperintah oleh host menggunakan command-

command tertentu(lihat datasheet)

• Kecepatan UART s/d 230 Kbps


44/45

Diagram blok sistem dengan mikro

Switch

jaringan

Lab 1

lab2

lab3

administrator

Sensor

tegangan

Sensor arus

Signal

cond ADC mikro

Ethernet

modul

Sensor

tegangan

Sensor arus

Signal

cond ADC mikro

Ethernet

modul

Sensor

tegangan

Sensor arus

Signal

cond ADC mikro

Ethernet

modul

IP: 192.168.1.10

IP: 192.168.1.11

IP: 192.168.1.12


45/45

Terima kasih

konsep_akuisisi_data.pdf;filename= utf-8''konsep akuisisi data

Documents